Toisten harmonisten viritys laajalla spektrillä

Toisten harmonisten viritys laajalla spektrillä

Toisen asteen epälineaaristen optisten efektien löytämisestä 1960-luvulla lähtien ne ovat herättäneet tutkijoiden laajaa kiinnostusta. Tähän mennessä toisen harmonisen ja taajuusefektien perusteella on tuotettu äärimmäisestä ultraviolettialueesta kaukoinfrapuna-alueeseen.laseritedisti merkittävästi laserin kehitystä,optinentiedonkäsittely, korkean resoluution mikroskooppinen kuvantaminen ja muut alat. Epälineaaristen menetelmien mukaanoptiikkaja polarisaatioteorian mukaan parillisen kertaluvun epälineaarinen optinen ilmiö liittyy läheisesti kiteen symmetriaan, eikä epälineaarinen kerroin ole nolla vain ei-keskeisessä inversiosymmetrisessä materiaalissa. Perustavanlaatuisimpina toisen kertaluvun epälineaarisina ilmiöinä toiset harmoniset aallot haittaavat suuresti niiden syntymistä ja tehokasta käyttöä kvartsikuidussa amorfisen muodon ja keskipisteinversion symmetrian vuoksi. Tällä hetkellä polarisaatiomenetelmät (optinen polarisaatio, lämpöpolarisaatio, sähkökentän polarisaatio) voivat keinotekoisesti tuhota optisen kuidun materiaalin keskipisteinversion symmetrian ja parantaa tehokkaasti optisen kuidun toisen kertaluvun epälineaarisuutta. Tämä menetelmä vaatii kuitenkin monimutkaista ja vaativaa valmistustekniikkaa, ja se voi täyttää lähes vaihe-sovitusehdot vain diskreeteillä aallonpituuksilla. Kaikuseinämoodiin perustuva optisen kuidun resonanssirengas rajoittaa toisten harmonisten laaja-alaisten viritysten esiintymistä. Rikkomalla kuidun pintarakenteen symmetriaa, pinnan toiset harmoniset aallot erityisrakenteisessa kuidussa paranevat jossain määrin, mutta ovat silti riippuvaisia ​​femtosekunnin pumppauspulssista, jolla on erittäin korkea huipputeho. Siksi toisen asteen epälineaaristen optisten efektien tuottaminen kokonaan kuiturakenteissa ja muunnostehokkuuden parantaminen, erityisesti laaja-alaisten toisten harmonisten tuottaminen pienitehoisessa, jatkuvassa optisessa pumppauksessa, ovat epälineaarisen kuituoptiikan ja -laitteiden alalla ratkaistavia perusongelmia, joilla on tärkeä tieteellinen merkitys ja laaja sovellusarvo.

Kiinalainen tutkimusryhmä on ehdottanut kerrostetun galliumselenidikiteen faasi-integraatiomenetelmää mikro-nanokuidulla. Hyödyntämällä galliumselenidikiteiden korkeaa toisen asteen epälineaarisuutta ja pitkän kantaman järjestäytyneisyyttä toteutetaan laaja-alainen toisen harmonisen viritys- ja monitaajuusmuunnosprosessi, joka tarjoaa uuden ratkaisun kuidun moniparametristen prosessien parantamiseen ja laajakaistaisten toisen harmonisen valmistukseen.valonlähteetKaaviossa toisen harmonisen ja summataajuusvaikutuksen tehokas heräte riippuu pääasiassa seuraavista kolmesta keskeisestä ehdosta: pitkä valo-ainevuorovaikutusmatka galliumselenidin jamikro-nanokuitu, kerrostetun galliumselenidikiteen korkea toisen asteen epälineaarisuus ja pitkän kantaman kertaluku sekä perustaajuuden ja taajuuden kaksinkertaistamismoodin vaihesovitusehdot täyttyvät.

Kokeessa liekkiskannaavalla kartiotekniikalla valmistetulla mikronanokuitulla on millimetrin luokkaa oleva tasainen kartioalue, joka tarjoaa pitkän epälineaarisen toimintapituuden pumppaavalle valolle ja toiselle harmoniselle aallolle. Integroidun galliumselenidikiteen toisen kertaluvun epälineaarinen polarisoituvuus ylittää 170 pm/V, mikä on paljon korkeampi kuin optisen kuidun luontainen epälineaarinen polarisoituvuus. Lisäksi galliumselenidikiteen pitkän kantaman järjestäytynyt rakenne varmistaa toisten harmonisten jatkuvan vaiheinterferenssin, mikä antaa täyden edun mikronanokuitujen suurelle epälineaariselle toimintapituudelle. Vielä tärkeämpää on, että pumppaavan optisen perusmoodin (HE11) ja toisen harmonisen korkeamman kertaluvun moodin (EH11, HE31) välinen vaiheiden yhteensovitus toteutetaan säätämällä kartion halkaisijaa ja sitten säätämällä aaltojohtimen dispersiota mikronanokuitujen valmistuksen aikana.

Yllä mainitut olosuhteet luovat pohjan tehokkaalle ja laajakaistaiselle toisten harmonisten viritykselle mikro-nanokuiduissa. Koe osoittaa, että nanowattitason toisten harmonisten lähtö voidaan saavuttaa 1550 nm:n pikosekunnin pulssilaserpumpulla, ja toiset harmoniset voidaan myös virittää tehokkaasti saman aallonpituuden jatkuvalla laserpumpulla, ja kynnysteho on niinkin alhainen kuin useita satoja mikrowatteja (kuva 1). Lisäksi, kun pumpun valoa jatketaan kolmelle eri jatkuvan laserin aallonpituudelle (1270/1550/1590 nm), havaitaan kolme toista harmonista (2w1, 2w2, 2w3) ja kolme summataajuussignaalia (w1+w2, w1+w3, w2+w3) kullakin kuudella taajuusmuunnosaallonpituudella. Korvaamalla pumpun valo erittäin voimakkaalla valoa emittoivalla diodilla (SLED), jonka kaistanleveys on 79,3 nm, syntyy laajakirjoinen toinen harmoninen, jonka kaistanleveys on 28,3 nm (kuva 2). Lisäksi, jos kemiallista höyrypinnoitustekniikkaa voidaan käyttää korvaamaan kuivasiirtotekniikka tässä tutkimuksessa ja mikro-nanokuidun pinnalle voidaan kasvattaa vähemmän galliumselenidikiteiden kerroksia pitkillä etäisyyksillä, toisen harmonisen muunnostehokkuuden odotetaan paranevan entisestään.

KUVA 1 Toisen harmonisen generointijärjestelmä ja sen tulokset kokonaan kuiturakenteessa

Kuva 2. Moniaallonpituinen sekoitus ja laaja-alaiset toiset harmoniset jatkuvan optisen pumppauksen aikana